飛機維修庫大跨度鋼結構網架整體提升施工技術

王文靈

廣州協安建設工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

隨著改革開放和經濟發展，鋼結構工程正從跨度大、高層、耐熱性等要求高的工業建筑逐漸向民用建筑發展。而隨著鋼結構網架和桁架結構的廣泛應用及技術更新，近年來大跨度的網架結構越來越多地采用整體提升法進行施工，該方法最大的優點就是可節省大量的臨時支撐且工期相對較短，而難點就是對提升點、網架內的大型通風管及消防管網的把控方面。白云機場G2、G3飛機維修庫項目的施工過程中，針對鋼網架拼裝、提升、管網安裝、獨立柱施工等作了優化施工流程，提升了施工效率和安全。

1 工程實例

廣州白云國際機場G2飛機維修庫工程建筑面積10325m2，其屋面為鋼結構網架屋面，支承體系為鋼筋混凝土柱+柱間支撐形式，網架南北跨度137m，東西進深68m，網架高度6m，局部9m，機庫內凈空高度24m。

廣州白云國際機場G3飛機維修庫機庫大廳跨度76m+76m，進深68m，屋蓋鋼結構采用兩層正交斜放四角錐網架，大廳網架下弦中心標高為26m，主要網格尺寸6m×4.5m，高度5m。噴漆大廳采用上送下排的全面空氣覆蓋的通風形式，機庫大廳網架內布置送風口，風口滿布飛機定位平面投影內區域，由這些風口向下送風。風管直徑為500～2100mm。

G2、G3飛機維修庫屋面鋼結構的施工采用地面拼裝、整體提升的方法進行，整體提升采用計算機控制的液壓提升器來完成，提升點選擇在作為永久支承的鋼筋混凝土柱上，共設置13個提升點[1]。

2 屋面鋼網架原位拼裝技術

2.1 預起拱質量控制

網架在正常使用狀態下，桿件受自重及荷載作用產生向下的撓度，為避免撓度值過大，影響結構安全和使用，拼裝時對網架進行預拱。用SFCAD2000和SAP2000軟件計算出網架的撓度，并取其值為網架反向預拱值。網架拼裝時按照結構設計尺寸附加預拱值進行定位。

2.2 拼裝定位質量控制

在下弦每個節點球下設置胎架，胎架主材為鋼管，高50cm，上部設置短圓管調整標高。網架下弦球中心在地面的投影點即胎架的定位點，用全站儀對節點球球心進行復核。

2.3 拼裝順序控制

網架結構拼裝前選擇合理的拼裝、焊接順序，以減少因焊接收縮變形引起的網架變形，避免整體結構變形過大，影響結構穩定性和安全性。

2.4 焊接質量控制

采取合理的整體焊接順序：從中間往兩側對稱；局部焊接順序：先下弦球節點，再上弦球節點，以減少因焊接收縮變形引起的網架變形，避免整體結構變形過大，影響結構穩定性和安全性。對原材料、焊接材料按國家相關規范進行見證取樣、復試，焊接前制定焊接工藝評定，編制焊接工藝指導書；按照相應規范要求進行焊接前焊口的清理、預熱、層間溫度控制、保溫等工序的操作，并派專人進行過程監控及記錄；做好焊接防護措施，確保優良焊接環境，避免外界環境對焊接質量的影響[2]。

3 大跨度屋蓋網架整體提升施工技術

本工程鋼網架平面尺寸137m×68m，凈高24.5m，根據結構特征和現有施工技術條件，宜采用“地面拼裝、整體提升、局部后裝”方式安裝，如何合理布置提升吊點和選擇合適的上、下吊點做法是本工程的難點，作好整體提升過程中的同步性和監測是本工程的重點。從結構受力變形情況、建設工期、施工成本等多方面綜合考慮，選擇“地面拼裝、整體提升”的施工技術來完成本項目網架屋面施工。

根據鋼網架結構特點，提升點布置應遵循對稱原則，結合液壓提升器的性能和施工模擬仿真分析結果，按照盡量減少替換原設計桿件的原則。

為了保證提升過程中鋼屋蓋處于穩定狀態，提升同步控制至關重要。硬件上采用了液壓提升器、液壓泵站，軟件采用同步控制系統。正式提升前先將網架提升至離地300～500mm懸停24h，待檢查網架構件、提升器、提升鋼絞線沒有異常后再正式提升。

4 大跨度屋蓋網架整體提升/張拉仿真模擬分析技術

由于提升過程中支座數量和邊界條件與原設計狀態不同，整個結構受力狀態也將發生改變，因此需要對網架提升、卸載和預應力張拉進行一體化的計算機仿真模擬分析，確保整個施工安全、可行。

利用計算機軟件模擬、分析網架不同提升工況的受力情況，確定最優提升點位設置方案，并通過提升鋼桁架與永久網架結構構件模擬碰撞分析，確定提升架材料截面選型，進而模擬分析網架在提升過程的受力情況，使整體提升時的結構受力滿足結構設計的邊界限定條件。

通過模擬分析受力情況，將提升點選定在永久結構柱上。通過計算機模擬計算分析作為提升支柱的鋼筋混凝土結構柱的受力情況，并通過安裝臨時柱間支撐和永久柱間支撐使各獨立柱連成整體，增加提升點立柱穩定性，進而保證提升網架的穩定和安全。

從實驗圃地選取生長健壯、無病蟲害、長勢均勻的臥莖景天（Sedum sarmentosum）、德國景天（Sedum.hybridum）、佛甲草（Sedum lineare Thunb.）、胭脂紅景天（Sedum.spuriumcv.Coccineum）、金葉景天（Sedum makinoi Ogon.）和北景天（Sedum kamtschaticum）6個品種為材料。

5 大跨度鋼桁架體內預應力施工技術

機庫大門桁架高空預應力施工：大門桁架下弦鋼管中通長（137m）布置有55根Φ15.2鍍鋅無黏結鋼絞線（抗拉強度1860MPa）作為后張預應力筋。因大門桁架與屋頂網架同時提升，且提升過程中其桿件內力與使用階段中的不同，大門桁架的預應力張拉施工必須在大門桁架和網架屋蓋提升后高空作業[3]。

本項目大門門頭鋼桁架跨度大，荷載重，在此鋼桁架體內應用了預應力鋼索。通過利用定制錨具加快鋼索的穿束施工進度，減少費用。下弦管內設置保護性套管，減少鋼絞線磨損。在施工前運用大型通用有限元分析程序ANSYS對整個工程和所有節點進行詳細建模，并對關鍵節點進行有限元分析，以保證節點受力的安全性，并對節點構造和外形進行優化。

待鋼網架提升就位，后裝桿件裝完后再進行鋼絞線穿束；采用專用錨具頭將55根鋼絞線編成束，利用卷揚機牽引鋼絲繩一次穿束；利用管道機器人將牽引線穿束。

在柱頂搭設臨時鋼平臺供穿束、張拉、灌漿用，確保施工安全；張拉采用兩個400t千斤頂兩端張拉，每次張拉一榀結構。

6 大跨度屋面網架整體提升結構安全監測施工技術

本工程機庫屋面網架是大型焊接球網架結構，施工時采用了地面原位散裝方式進行拼裝，并且拼裝階段需要對網架按設計要求起拱（最大起拱300mm），導致所有焊接球及桿件空間定位不同，同時將網架整體提升到位之后，尚有212根桿件需要后裝，此時結構尚處于相對不穩定柔性吊拉狀態。本工程網架整體提升過程、預應力張拉施工過程、獨立柱施工過程等均采用了應力、應變的監測技術。

提升過程中重點監測內容是下吊點高度的變化、網架結構變形、原結構柱變形、臨時提升胎架變形。對于下吊點和網架結構變形采用鋼尺倒掛法和測量儀器配合進行監測。其他的變形和網架中主要桿件、關鍵部位采用張貼應變片進行監測。

針對施工過程的索力、應力及變形監測，采取可靠的監測手段，對鋼結構的變形和預應力鋼索的受力進行實時監測，以確保結構施工安全，保證結構的成型狀態與原設計相符。

7 整體提升鋼結構網架超大口徑螺旋風管同步安裝技術

根據風管的安裝高度使用槽鋼制作高度可調的獨立風管支架，焊接在對應的焊接球上，兩支架間設置斜撐加固，保證支架的穩定性。根據風管的直徑大小，在支架上設置相應直徑的圓弧托架。

鋼結構網架與超大口徑螺旋風管完成同步安裝，最后再整體提升。

8 懸掛機塢和機庫大門的裝配式施工技術

本工程的噴漆庫內有懸掛式移動維修平臺，可對飛機尾翼各區域，進行全方位的檢修，極大提高了飛機的維修效率，懸掛式移動維修平臺也叫飛機維修塢。

G3機庫內設計四座飛機維修塢，分別為兩座18m長的機尾塢和兩座37m長的機身塢，機塢均通過導軌懸掛在網架的下弦節點上，單個機身塢重量超過45t，高度近20m。

飛機維修塢各組成構件，在加工圖設計時就將各部件全部采用螺栓連接的方式。在不考慮長途運輸的條件下，裝配過程無須二次焊接；嚴格控制加工精度將構件按照圖紙在工廠完成；在發往項目現場之前，需經過一系列嚴格篩選，就機塢主要構件進行質量檢查、需就主要結構進行檢驗性預拼裝；在現場施工中，機塢不破壞防腐層，各部件只需按正常流程裝配即可，每座單個機塢在地面上裝配后再吊裝在預先安裝的軌道上，裝配施工效率高，大大節省了現場施工周期。

機庫大門為鋼結構軌道門，共8扇，每扇尺寸為高22m×寬19m，也是采用裝配式鋼結構在工廠加工，現場僅需按圖紙裝配成片后再逐扇吊裝。

9 超高空消防管道隨空間網架整體提升安裝施工技術

超高空消防管道隨空間網架整體提升安裝施工技術是在鋼結構網架提升前進行消防管道的安裝，避免了超高空作業的風險?！熬W架下弦拼裝——消防管道安裝連接——網架上弦拼裝”的流水施工以及減少高空作業能很大程度的減少人力物力的投入，減少了資料浪費，極大降低了返工率，對節約社會環境資源有一定的意義；同時采用該技術可加快了施工進度、節約施工成本。

提高消防管道加工制作精度、安裝精度，減少消防管道安裝時產生的裝配應力。消防管道安裝與網架安裝一起進行，形成“先完成網架下弦拼裝，后進行消防管道安裝，再進行網架上弦拼裝”的流水施工，解決消防管道在網架中穿插安裝困難的問題，并在流水施工中消防管道與風管、水電施工交叉進行，方便管線調整檢修。

消防管道進行卡箍連接時，通過將螺栓的擰緊力矩調整到設計要求的85%，增加消防管道隨網架整體提升時的可變形余量。待完成提升后，對消防管道進行補裝擰緊至設計要求。

根據消防管道的布置高度及數量，增設相應的消防管道抗震支架，確保整體提升過程中消防管道的穩定和安全。

對消防管道設置應力監測點，不僅在整體提升過程中監測消防管道的受力情況是否合理，還能確定提升過程中消防管道應力集中的部位，在提升完成后對其進行重點檢修。采用計算機控制液壓同步提升技術，控制構件的運動姿態和應力分布，確保提升過程的平穩、安全。網架整體提升及就位卸載完成后，對消防管道進行補裝、檢修及壓力測試。

10 結束語

在廣州白云國際機場G2飛機維修庫工程、廣州白云國際機場G2飛機維修庫工程的實踐中鋼網架整體提升，降低施工難道，提高效率經過不斷優化施工，形成配套施工技術，控制要點，保證提升過程的施工可靠性和精度可控性。